1、城市地下铁道建设中存在的有关地下水和土壤环境问题的分析Zhang Ning中国,北京清华大学交通研究所摘要 城市轨道交通是城市公共交通的重要组成部分。随着大量城市地铁建设，地铁隧道周围的地下水和土壤对环境的损害在地铁建设问题中已经变成非常突出。由于地铁的建设导致水和土壤的变化必将导致地铁周围生态环境的改变。对于南京地铁建设的个案研究，对于大多数地铁建设中存在的地铁建设和地下水以及土壤环境的关系，地铁建设中存在的地面沉降，地铁隧道内的泄漏，变形和水污染等问题的讨论。关键词地铁，地下水，沉降，泄漏，环境1.简介随着现代化进程的加速发展，大量的地铁建设不仅仅是为了改善城市的交通现状，更成为了现代化的
2、标志。在地铁建设的过程中地下水和土壤环境被改变是不可避免的，因此，如何去处理这种情况变成了一个大问题。地下水和土壤环境将对周围地面沉降，隧道的稳定性，隧道通风，流沙，沿承压水受压的方向造成一定的影响。地铁建设与普通挖掘工程不同。首先，大多数地铁是被埋置在地下水位线以下的而且有很长的铁道并且建筑工期长。铁道通常坐落于有许多建筑物和已经建设了许多地下管道的城市中心地带，因此，在建筑施工过程中就要将交通问题和地面占有问题考虑在内而且也要考虑到控制地面下沉以确保建筑物与管线的安全问题。另外，我们应该经常系统的分析降雨对地下水资源和对周围环境的影响以便执行控制措施。在本文中，通过对南京地铁建设的研究地下
3、水问题被考虑在地铁建设过程中的三个问题中。首先，降水会伴随建筑物导致土壤压实或空虚，引起下沉和地面以及附近的建筑物变形甚至转化为对地下管道的损害。第二，地下水渗漏会对地铁结构造成一定的影响。第三，地下结构也将反作用于地下水环境。2.在施工过程中由于降雨导致地面沉降和变形的原因在地铁建设时期地下水更像是对周围环境带来坏的影响，而且它的相对预防措施往往是至关重要的研究项目。相较于地面沉降对于挖掘，从引起地下水位数值下降的一个原因是很小的，然而影响的时期是很长的，由于这个原因，它需要加以更多的关注。在深层开挖设计和施工过程中地下水位对水的渗漏特性有很明显的影响。就此，需要执行专业沉降设计是为了得到必
4、不可少的水文地址资料。对影响过低的评估与考虑以及没有应急措施将使风险发生率提高，这成为了基坑工程成功与失败的关键点。在地铁施工中，会有许多相同的问题发生，同样，地下水对环境的影响也不能被忽略。在1948年前太沙基就已经在建设实践中得出了结论，大多数建设困难点和事故都是由于承压地下水的泄漏，但是他们都没有加以足够的重视，另外GaoDazhao曾在他最后一次工作中提到，在城市软土地带建设带来的影响以及地下水对城市环境的影响是限制和控制设计与施工进度的最重要因素之一。在地铁建设期间人工降雨会改变原始地貌，水文条件和岩土应力分布，其影响区域是远超过地铁建设区域的。在这个区域内地下水位线下降，岩层位移，
5、增加对周围建筑以及地下设施的变形除此之外，在一定区域内的地面位移将带来不可估量的影响，危害着周围水管，电缆，燃气管道的安全以及阻碍周围交通运输。地下水渗入地铁隧道内部对环影响不仅仅是在地铁建设阶段而且也会影响到后期营运阶段。随着地下水位的下降，土壤颗粒将会随着水流一起流走，于此同时岩土的自重也会随之减少。然后，它将导致脱水固结换言说，存在的地面土壤固结沉降曲线是与地下水减少相一致的。由于包括地质环境，降雨技术，降雨量和降雨时间等一些因素影响着地面的沉降。因此分层总和法就能用来计算最终的沉降量。在此方程式中：土层压力增量（i）;土层深度（i）;土层变形模量（i）.考虑到固结是与时间相关的，固结等
6、级 U 能从渗流参数，固结参数 Cv，和固结时间中得到，而且在开挖过程中实际的固结数值可以被计算出来并得以解决。南京地铁一号线 Zhongsheng 站计划坐落于河西新区 Weijiu 路以南，穿过 Zhongsheng 路而且计划有一条 30 米宽的过江隧道。它是一个浅埋车站长 201 米。基坑开挖深度在 11.58 米13.45 米以上，降雨量为 183.9 米，这导致了地面和附近的建筑物不对称的沉降。图一 在管井中降水水位曲线3.地铁建设对地下水越流的影响在地铁建设过程中穿越不同水文环境和地质环境的岩土体是不可避免的。当隧道穿过富水土层时在一般条件下的防水材料或是保护措施会被摧毁地下水流
7、入隧道内部稀释了泥浆降低了泥浆的浓度使泥浆的强度无法保护墙体，最终导致岩土侧向变形甚至塌方。即使铺设了防水材料，采取了一系列措施，也不可能确保滴水不漏，尤其是在各种排水设施建立以后渗漏的危害将长期存在地下水能流进地铁沟渠内，流过衬砌边上的暗沟然后隧道通过封固来控制水流，地下水能通过施工缝，伸缩缝，裂缝，混凝土缝隙渗入隧道内部无论是哪种都将带来危害。（1） 沙土对地下水渗漏也有影响。由以往的施工事故来看许多施工技术问题以及诸如，基础重量，流沙，水土流失，等问题都会引起地下水渗漏。在降雨过程中水流带走大量沙土，造成岩土崩塌和地表沉陷；由于流体压力，在隔水墙连接处沙土流失，维护结构扩大了沙石的变形。
8、（2） 岩石和衬砌对地下水的影响。这一类的影响主要是考虑对地下水的实际压力。在挖掘的开始阶段，产生二次应力场改变了原始应力场和地下渗流，在这些情况下，地下水在底层内主要依靠物理应力和水压力影响周围岩石和支护结构。研究表明岩石和在隧道内的支护结构有很复杂的关系，这些研究报告自 19 世纪 60 世纪以来就已成为不同隧道领域研究的关键点。地铁设计已经考虑到地下水对衬砌结构的影响。实际上，地铁隧道的静载荷在很大程度上是由构造压力，岩石层中的水压力引起的。在这种情况下隧道衬砌结构依靠在支撑结构和岩层之间的排水系统。如果在无排水措施的条件下，隧道衬砌结构承载着包括构造压力和岩石裂缝中的水压力在内的压力。
9、接触部分的水压力将导致隧道的变形，承受附加的荷载。在完整的排水系统条件下，接触面的水压力就不会存在，因此衬砌结构只承受构造压力。就此看来荷载从支撑结构转向地层的现象使得支撑结构不承重。然而，由于地层中的地下水将向着隧道内部渗入产生渗透应力。岩石裂缝的变形将由支护结构转向岩石的交互耦合以及因为向隧道内排水而承担过度的荷载。4.地下水的环境污染A建设过程中对地下水的污染南京地铁一号线，尤其是向西部的延伸线部分，周围大范围降雨具有一些特殊性质，富足雨量和广阔的降雨范围，能形成一个长期的圆锥体的洼地改变地下水的流体场和化学场，导致一些物理，化学成分和菌群的改变以污染地下水；浇灌到工程中对附近的水库会有
10、所影响；废水会污染周围地下水，日常用水，矿井，机械油井的质量，而且化学浆液在建设期间通常会改善土壤强度等等。B地铁运营期间对地下水的影响地铁拦短了地下水的流向，而且降低了地铁周围地下水的流速，导致污水流至河流中，而且污染物的堆积造成环境的恶化。地铁两边的地下水位也会受到改变，在水流一侧的地下水位线会升高，岩石一侧的水位线会下降会影响城市供水系统和地面植物的浇灌系统甚至一个城市的整个生态系统都将受到影响。例如，南京地铁一号线长 16.99KM，穿越了古老的秦淮河两次，三山街地铁站长 242.3M 横隔板厚度为 30M 到隔个水层，所有像这些的大型工程不仅对地下水的运输会有不良的影响，而且在很大的
11、范围上，很长的时间上对地下水的储存和调节能力有所危害的。南京地铁 2 号线，也穿越过古老的秦淮湖与主要的运输方法一致，导致了水位降低致使地下水相应功能损失。结果是，在南京古老的河流在浅层地下水流通中扮演了很重要的角色，它改变了地下水的流向，降低地下水古老的生态环境和加速地下水的污染，通过 Zhahng Songhu 的调查 35.19%的地下水的开发是依靠上层的渗流，而且更严峻的环境污染将影响深层地下水，在城市未来的发展中产生新的问题。相较而言，在地铁建设过程中对地下水的影响是在当地范围内能够得到减轻的，而在长时间的营运过程中是一个长期的大规模的活动过程，这是一种影响被累计的过程。5.结论概括
12、的说，由于地铁的建设，地下水原有的平衡受到损害，施工和使用将导致不对称的地面沉降，周围建筑物的不稳定，地下水质量的改变，一些额外的污染并改变径流水系统，在地铁建设过程中的目标是减少对地下水环境污染的忽略。我们应该找到更多的有关地下水状况以及改变模式对渗流分析理论和水文地质学测量的深度，以获得更好的效果。在地铁的最初设计阶段计算出地下水的相关环境渗流和泄漏量和分布运动的变化趋势是非常重要的也是必不可少的。去确定水文地质学参数需要用到数学建模分析，在施工实践中，增加在研究阶段对地下水的测量和研究的基金，改善研究精准度将必然减少地铁毁坏事故的发生率，并且能保证长期的稳固和安全，地下水是一种必不可少的
13、有限自然资源，而且是城郊环境的基础元素。现如今，水资源十分匮乏，在地铁施工过程中应该给以足够的重视。6.参考文献1 translated by Feng Guodong. the Preface Written by Karl Terzaghi forthe Establishment of Geotechnique J. Foundation, 1999(6):3-8;(inchinese)2 Gao Dazhao. Review and Prospect of Geotechnical Engineering M.Beijing: China Communications Press, 2
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